本發(fā)明涉及一種高電壓霍爾推力器，具體涉及一種利用瓶狀磁阱約束電子的高電壓霍爾推力器，屬于電推進(jìn)。

背景技術(shù)：

1、霍爾推力器是一種常用于航天推進(jìn)的電推進(jìn)裝置，其通道內(nèi)存在相互正交的徑向磁場和軸向電場。陰極發(fā)射的電子受到磁場的約束，沿磁力線做回旋運(yùn)動。中性原子從通道底部的氣體分配器注入，與電子發(fā)生碰撞電離產(chǎn)生離子，離子在軸向電場力的作用下向通道出口加速噴出，從而產(chǎn)生推力。

2、近些年來，航天任務(wù)的多樣性發(fā)展對推進(jìn)提出高比沖的需求，促使高比沖霍爾推力器的發(fā)展?；魻柾屏ζ鞅葲_與放電電壓平方根成正比因此提高放電電壓是實現(xiàn)高比沖最有效的手段。然而，在高電壓放電條件下，電子朝陽極運(yùn)動時獲能大幅增加，導(dǎo)致電子溫度顯著升高，進(jìn)而造成電子的遷移速度加快、電子電流增大。這種情況使得電子到陽極的損失顯著增加，導(dǎo)致陽極的熱負(fù)荷加劇，進(jìn)而導(dǎo)致陽極的過熱甚至融化，降低了霍爾推力器的穩(wěn)定性和可靠性，最終影響推力器的整體性能。

3、可見，上述問題主要是由于磁場對高能電子約束能力不足導(dǎo)致的，因此高電壓下控制電子的行為變得至關(guān)重要。磁場在約束電子方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，通過合理的設(shè)計磁場，可以有效地限制電子的運(yùn)動，減少電子的損失，確保電子能夠充分參與到氣體工質(zhì)的電離過程中，從而提高推力器的性能。因此，如何設(shè)計一個能有效約束電子的磁場，成為當(dāng)前設(shè)計研究中的一個重要課題。

4、傳統(tǒng)的霍爾推力器的陽極位于陶瓷通道的底部，收集電流的面積有限且散熱困難，這種設(shè)計易造成霍爾推力器在工作時，陽極局部超溫甚至融化，影響推力器的性能和放電的穩(wěn)定性。如專利申請?zhí)?0221024239.8涉及一種低功率霍爾推力器的一體化磁屏陽極結(jié)構(gòu)，包括陽極導(dǎo)磁屏、陽極出氣片和陽極上蓋板，其增加了陽極的散熱面積，該結(jié)構(gòu)是為了解決陽極在陶瓷通道深處因散熱難而造成放電穩(wěn)定性差的問題；如專利申請?zhí)?0161107454.6涉及一種輕質(zhì)一體化陽極的霍爾推力器，其一體化陽極呈u形空腔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)增加了陽極的散熱面積，同時其空腔結(jié)構(gòu)可以改善氣體的流動和分配特性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，以克服現(xiàn)有霍爾推力器在高電壓工作時陽極過熱、電離效率低及電子損失大的問題。

2、一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器包含內(nèi)鐵芯、內(nèi)線圈、通道絕緣陶瓷、絕緣子、底板、外線圈、導(dǎo)磁罩、氣體分配器、內(nèi)磁極和外磁極；所述內(nèi)鐵芯和導(dǎo)磁罩別置于底板的上表面上，內(nèi)鐵芯上繞有內(nèi)線圈，內(nèi)磁極和外磁極分別置于內(nèi)鐵芯和導(dǎo)磁罩的頂部；包含陽極磁屏一體化通道、通道絕緣陶瓷、內(nèi)陶瓷、外陶瓷和陽極絕緣墊片；內(nèi)線圈與外線圈之間設(shè)置有與二者相間隔的陽極磁屏一體化通道，所述陽極磁屏一體化通道為內(nèi)外同心的環(huán)形體，氣體分配器、陽極磁屏一體化通道和底板連接為一體，陽極磁屏一體化通道與底板之間絕緣隔離，氣體分配器布置在陽極磁屏一體化通道底部且二者絕緣隔離，陽極磁屏一體化通道與導(dǎo)磁罩之間設(shè)置有外線圈，內(nèi)陶瓷和外陶瓷分別置于陽極磁屏一體化通道的內(nèi)外壁頂部，所述磁屏陽極一體化通道、內(nèi)磁極、內(nèi)陶瓷、外陶瓷和外磁極在通道內(nèi)形成瓶狀磁阱。

3、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果：

4、本申請設(shè)計了陽極磁屏一體化通道，在出口處設(shè)置收束的陶瓷壁面，該設(shè)計結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點，其一、該結(jié)構(gòu)簡化了推力器的內(nèi)部空間，減小了磁屏之間的徑向尺寸，可以形成更強(qiáng)的磁場約束電子。其二、收束的陶瓷壁面對通道內(nèi)的工質(zhì)氣體起到了匯聚的作用，增加了工質(zhì)氣體的密度，從而優(yōu)化了通道內(nèi)的電子直接轟擊陽極。其三、陽極磁屏一體化結(jié)構(gòu)與收束陶瓷結(jié)構(gòu)在通道內(nèi)部形成了一種可以約束電子的瓶狀磁阱的磁場構(gòu)型，增加了電子在通道內(nèi)的路徑和停留時間，有利于增加電子回到陽極過程中消耗的能量。綜上，本申請可克服霍爾推力器在高電壓工作時陽極過熱、電離效率低、電子損失大的問題。

5、下面結(jié)合附圖和實施例對本申請方案作進(jìn)一步地說明：

技術(shù)特征：

1.一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，包含內(nèi)鐵芯(1)、內(nèi)線圈(2)、絕緣子(5)、底板(6)、外線圈(7)、導(dǎo)磁罩(8)、氣體分配器(13)、內(nèi)磁極(15)和外磁極(9)；所述內(nèi)鐵芯(1)和導(dǎo)磁罩(8)別置于底板(6)的上表面上，內(nèi)鐵芯(1)上繞有內(nèi)線圈(2)，內(nèi)磁極(15)和外磁極(9)分別置于內(nèi)鐵芯(1)和導(dǎo)磁罩(8)的頂部；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：內(nèi)陶瓷(11-1)的外表面和外陶瓷(11-2)的內(nèi)表面之間的徑向距離小于陽極磁屏一體化通道(3)內(nèi)外壁面的徑向距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：內(nèi)陶瓷(11-1)的外表面和外陶瓷(11-2)的內(nèi)表面之間的距離由從磁極到陽極磁屏一體化通道(3)前端的磁力線被內(nèi)外陶瓷所遮蓋的程度決定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：氣體分配器(13)與磁屏陽極一體化通道(3)之間設(shè)置有陽極絕緣墊片(12)和絕緣子(5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：所述陽極磁屏一體化通道(3)與底板(6)之間設(shè)置有通道絕緣陶瓷(4)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：所述內(nèi)磁極(15)和內(nèi)陶瓷(11-1)的頂部設(shè)置有內(nèi)擋片(14)，導(dǎo)磁罩(9)和外陶瓷(11-2)的頂部設(shè)置有外擋片(10)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：所述內(nèi)陶瓷(11-1)用于屏蔽沿著內(nèi)磁極(15)導(dǎo)向陽極磁屏一體化通道(3)前端的高強(qiáng)度磁力線的電子，外陶瓷(11-2)用于屏蔽沿著外磁極(9)導(dǎo)向陽極磁屏一體化通道(3)前端的高強(qiáng)度磁力線的電子。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：所述陽極磁屏一體化通道(3)的材質(zhì)為導(dǎo)磁的金屬材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：所述導(dǎo)磁的金屬材料為電工純鐵dt4c。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，其特征在于：所述通道絕緣陶瓷(4)、絕緣子(5)和絕緣墊片(12)的材質(zhì)均為耐高溫絕緣陶瓷材料。

技術(shù)總結(jié)
一種強(qiáng)約束電子的霍爾推力器，屬于電推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，它包含內(nèi)鐵芯、內(nèi)線圈、通道絕緣陶瓷、絕緣子、底板、外線圈、導(dǎo)磁罩、氣體分配器、內(nèi)磁極、外磁極、陽極磁屏一體化通道、內(nèi)陶瓷、外陶瓷和陽極絕緣墊片；內(nèi)線圈與外線圈之間設(shè)置有與二者相間隔的陽極磁屏一體化通道，所述陽極磁屏一體化通道為內(nèi)外同心的環(huán)形體，陽極磁屏一體化通道與底板之間絕緣隔離，氣體分配器布置在陽極磁屏一體化通道底部且二者絕緣隔離，內(nèi)陶瓷和外陶瓷分別置于陽極磁屏一體化通道的內(nèi)外壁頂部，所述磁屏陽極一體化通道、內(nèi)陶瓷和外陶瓷在通道內(nèi)形成瓶狀磁阱。本申請陽極磁屏一體化通道，增加了對電子的約束能力，從而提高了電離率，優(yōu)化了推力器的整體性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李鴻,彭澤眾,鐘超,于達(dá)仁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26